發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析

閻光虎，廖發(fā)良

（1.西安華強(qiáng)汽車改裝廠，陜西 西安 710014；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，陜西 西安 710018）

發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析

閻光虎1，廖發(fā)良2

（1.西安華強(qiáng)汽車改裝廠，陜西 西安 710014；2.陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，陜西 西安 710018）

數(shù)據(jù)流分析法在電控發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷中越來越多地被采用。但在分析過程中，更多進(jìn)行的是單一數(shù)據(jù)分析，而疏忽了數(shù)據(jù)流的關(guān)聯(lián)性，這樣導(dǎo)致漏診、誤診時(shí)有發(fā)生。對(duì)于非關(guān)聯(lián)性參數(shù)，通過單一數(shù)據(jù)流的直接分析，大都可以判斷故障的原因和故障點(diǎn)。但關(guān)聯(lián)性參數(shù)必須同時(shí)讀取多個(gè)數(shù)據(jù)流，并通過相互關(guān)系進(jìn)行計(jì)算確定關(guān)聯(lián)性參數(shù)，然后進(jìn)行綜合分析，才能判斷故障點(diǎn)和故障原因。

關(guān)聯(lián)性參數(shù)；數(shù)據(jù)流；分析診斷

CLC NO.:U415.52Document Code:BArticle ID:1671-7988(2014)08-38-03

引言

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，電子控制系統(tǒng)的裝車比例越來越高，控制功能也越來越強(qiáng)大，故障自診斷的范圍應(yīng)越來越廣，但目前車載故障自診斷系統(tǒng)主要基于以下三種條件【1】：

（1）信號(hào)電壓或電流不在預(yù)設(shè)定的工作范圍，如水溫傳感器的正常信號(hào)電壓區(qū)間為0.3～4.7V，對(duì)應(yīng)的水溫為120℃～-30℃，若超出此范圍，便可自診斷。

（2）信號(hào)電壓或電流在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)不變化。

（3）信號(hào)電壓或電流丟失持續(xù)的時(shí)間過長或次數(shù)太多超過設(shè)定值。

在發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)傳感器信號(hào)與運(yùn)行工況不相符、影響空燃比的部件出現(xiàn)故障、非電控系統(tǒng)故障以及ECU內(nèi)部的CPU出現(xiàn)運(yùn)算錯(cuò)誤等，自診斷系統(tǒng)都無法進(jìn)行診斷?？梢姡栽\斷系統(tǒng)的診斷有很大的局限性。數(shù)據(jù)流能夠動(dòng)態(tài)反映發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作狀態(tài)，對(duì)故障的成因有準(zhǔn)確的引導(dǎo)性，所以，數(shù)據(jù)流分析對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷具有非常重要的作用。

1、數(shù)據(jù)流分析法

1.1 數(shù)據(jù)流的類型

發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)采集是由各傳感器完成的，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理是由ECU完成的，不同類數(shù)據(jù)流有不同的故障診斷范圍，數(shù)據(jù)流分為以下幾種類型【2】：

（1）控制指令數(shù)據(jù)，例如，占空比、噴油時(shí)間、點(diǎn)火提前角等。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況檢測數(shù)據(jù)，例如，轉(zhuǎn)速、TPS信號(hào)、水溫信號(hào)等。

（3）它類數(shù)據(jù)，例如，空燃比適應(yīng)性修正情況的長、短期燃油修正值、通過參數(shù)換算所得的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷值、VTEC中CKP與CMP之間的角度值等。

1.2 工況選擇

數(shù)據(jù)流隨發(fā)動(dòng)機(jī)工況而變，讀取數(shù)據(jù)流的工況要依據(jù)故障癥狀、故障出現(xiàn)的時(shí)機(jī)、故障的性質(zhì)等來確定，通常選擇的工況是【3】：

（1）點(diǎn)火開關(guān)打開

（2）冷機(jī)或熱機(jī)啟動(dòng)

（3）怠速工況

（4）轉(zhuǎn)速為2500r/min的工況

（5）加速工況

1.3 數(shù)據(jù)流的比較性分析

在數(shù)據(jù)流分析時(shí)，應(yīng)運(yùn)用對(duì)比方法，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：

（1）與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，除差異性外，要注意數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、響應(yīng)性和連續(xù)性。

（2）與同機(jī)型數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否正確，又彌補(bǔ)了維修手冊未能提供的正常數(shù)據(jù)值。

（3）與不同工況數(shù)據(jù)比較，以分析數(shù)據(jù)變化的趨勢和正確性。

1.4 工作條件的影響

數(shù)據(jù)流分析時(shí)，要結(jié)合測量元件、控制元件的工作時(shí)間，并緊扣發(fā)生異常時(shí)的工作條件。特別對(duì)于數(shù)據(jù)流沒有規(guī)律性的異常，更應(yīng)考慮行駛條件、行駛里程、線路接點(diǎn)、元件熱穩(wěn)定性差、元件抗干擾能力減退等因素。

2、關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析法

在數(shù)據(jù)流中，有些參數(shù)與其他參數(shù)關(guān)聯(lián)較小，可以直接判斷其數(shù)值是否正常，如蓄電瓶電壓、冷卻液溫度、怠速轉(zhuǎn)速等【4】；而有些參數(shù)與其他參數(shù)相關(guān)聯(lián)，并與參數(shù)間存在著直接的甚至量化關(guān)系，則不能單一地判斷其數(shù)值是否正常，如空氣流量、噴油脈寬、燃油修正量、發(fā)動(dòng)機(jī)非怠速轉(zhuǎn)速等，這類參數(shù)即關(guān)聯(lián)性參數(shù)。對(duì)于關(guān)聯(lián)性參數(shù)，需要將相關(guān)參數(shù)同時(shí)考慮，通過數(shù)值分析來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的故障。

2.1 空氣流量

正常狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出扭矩取決于空氣流量，空氣流量與其他參數(shù)的關(guān)系如下：

式中，F(xiàn)為實(shí)際空氣流量，g/s；

n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

V為排氣量，L；

P為節(jié)氣門后空氣的絕對(duì)壓力，KPa；

T為進(jìn)氣的絕對(duì)溫度；

2.2 噴油脈寬

噴油脈寬主要根據(jù)已確定的空氣流量基于理想空燃比并參考轉(zhuǎn)速來確定的。對(duì)于非缸內(nèi)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)，它與空氣流量等參數(shù)在怠速時(shí)的關(guān)系如下：

式中，W為期望噴油脈寬，ms；

λ為燃油修正量，%；

C為常數(shù)，根據(jù)大量的實(shí)車測量，其值約為2500【5】；

F為空氣流量，g/s；

n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

m為發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)。

2.3 燃油修正量

燃油修正量是從氧傳感器中提取的系統(tǒng)誤差值，它可以反映混合氣的濃度變化趨勢【6】。

式中，λ為燃油修正量，%；

λstft為短期燃油修正量，%；

λltft為長期燃油修正量，%。

3、關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析實(shí)例

3.1 故障實(shí)例一

故障現(xiàn)象： 一輛2005年產(chǎn)豐田佳美SXV20，搭載2.2L5S發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程16萬Km。該車爬坡時(shí)排氣管會(huì)燒紅，經(jīng)多方維修不能修復(fù)。

故障分析：經(jīng)試車發(fā)現(xiàn)該車動(dòng)力不足，從尾氣氣味初步判斷屬發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不良故障。該車不帶空氣流量計(jì)，觀察數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速時(shí)進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力為35.00KPa，進(jìn)氣溫度為34.00℃，燃油修正量為-27%，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為820r/min,噴油脈寬為3.30ms。按上述分析，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算：

從充其量看，2.2L發(fā)動(dòng)機(jī)在輸出扭矩為0、怠速轉(zhuǎn)速為820 r/min時(shí)，空氣流量正常值應(yīng)不小于3.5g/s，通過關(guān)聯(lián)性計(jì)算可得，實(shí)測流量為5.96 g/s，可見進(jìn)氣系統(tǒng)工作正常。實(shí)測噴油脈寬與計(jì)算的理論噴油脈寬一致，都為3.30 ms，說明噴油控制系統(tǒng)工作正常。λ為-27%，表明混合氣有偏濃的

趨勢，其濃度已影響到正常燃燒。在進(jìn)氣系統(tǒng)和噴油控制系統(tǒng)正常的情況下，混合氣偏濃，究其原有兩方面：一是噴油器密封不嚴(yán)；二是空氣純度低。

對(duì)噴油器進(jìn)行了噴油量和密封性檢測，其性能正常，由此推斷故障應(yīng)該是空氣純度低所致。該機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中可能影響空氣純度的裝置有空濾器、EGR系統(tǒng)、曲軸箱通風(fēng)裝置及氣門油封等。檢查空濾器及曲軸箱通風(fēng)裝置無異常，檢查EGR閥，發(fā)現(xiàn)EGR閥密封不嚴(yán)，于是將EGR閥氣道用鋁墊片封住。起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，加速有力。再次觀察數(shù)據(jù)流，進(jìn)氣歧管絕對(duì)壓力為30KPa，噴油脈寬為2.40ms，λ為0.4%?？梢姽收鲜怯捎贓GR閥密封不嚴(yán)引起空氣純度低、導(dǎo)致混合氣燃燒不良而發(fā)生的。此類故障涉及到空氣流量、噴油脈寬、燃油修正量等關(guān)聯(lián)性參數(shù)，只有將它們綜合起來進(jìn)行計(jì)算和分析，才能準(zhǔn)確地查找故障點(diǎn)并分析出故障原因。

3.2 故障實(shí)例二

故障現(xiàn)象：一輛2010年產(chǎn)邁騰1.4TSI轎車，搭載CFBA發(fā)動(dòng)機(jī)、DSG變速器，行駛里程2000Km，該車起步時(shí)加速無力。

故障分析：讀取起步時(shí)的數(shù)據(jù)流，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1100r/min，空氣流量10.49 g/s，進(jìn)氣溫度為38.00℃，進(jìn)氣道壓力為73.00 KPa，負(fù)荷率為80%。分析數(shù)據(jù)流發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有工況下，空氣流量值過低，為了校驗(yàn)可能的故障方向，對(duì)理論空氣流量計(jì)算如下：

實(shí)測空氣流量與理論空氣流量相符，進(jìn)一步說明空氣流量數(shù)值過低，這樣的充其量不可能輸出足夠的扭矩。通過檢查，發(fā)現(xiàn)增壓系統(tǒng)控制電磁閥N75控制不良，出現(xiàn)通氣不暢。摘下通氣管后再次試車，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力明顯增強(qiáng)。查看數(shù)據(jù)流，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1120r/min，空氣流量21.35 g/s，進(jìn)氣溫度為38.00℃，進(jìn)氣道壓力為146.00 KPa，空氣流量顯著上升。將控制電磁閥N75的通氣管路疏通后，故障排除。

3.3 故障實(shí)例三

故障現(xiàn)象：一輛2008年產(chǎn)豐田海獅TRH213商用車，搭載排量為2.7L的2TR-FE發(fā)動(dòng)機(jī)，行駛里程7萬Km，該車經(jīng)常無規(guī)律熄火。

故障分析：分別讀取標(biāo)準(zhǔn)怠速和較高怠速下的空氣流量，得到2組數(shù)據(jù)：

①發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為796.75 r/min，空氣流量3.03 g/s，進(jìn)氣溫度28.00℃

②發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1388.25r/min，空氣流量5.89 g/s，進(jìn)氣溫度28.00℃

用真空表測得上述2種怠速下的進(jìn)氣道壓力分別為29.00 KPa 和32.00KPa，2種怠速的進(jìn)氣量分別計(jì)算如下：

標(biāo)準(zhǔn)怠速 F= 0.029nVP/T=0.029×796.75×2.7×29.00/（273.15+28）=6.01g/s

高怠速 F= 0.029nVP/T=0.029×1388.25×2.7×32.00/（273.15+28）=11.455g/s

2種怠速下空氣流量的實(shí)測值與理論值都相差較大，說明空氣流量計(jì)信號(hào)誤差。檢查發(fā)現(xiàn)空氣流量計(jì)中有異物擋在流量計(jì)前面。清除異物后試車，故障排除。

4、結(jié)語

從上述實(shí)例分析可見，對(duì)于非關(guān)聯(lián)性參數(shù)，通過單一數(shù)據(jù)流的直接分析，大都可以判斷故障的原因和故障點(diǎn)。但關(guān)聯(lián)性參數(shù)必須同時(shí)讀取多個(gè)數(shù)據(jù)流，并通過相互關(guān)系進(jìn)行計(jì)算確定關(guān)聯(lián)性參數(shù)，然后進(jìn)行綜合分析，才能判斷故障點(diǎn)和故障原因。關(guān)聯(lián)性參數(shù)引起的故障，診斷時(shí)容易疏忽部分參數(shù)及其間的關(guān)聯(lián)性，往往使故障診斷變得非常困難，利用關(guān)聯(lián)性參數(shù)的數(shù)據(jù)流分析方法，為這類故障的診斷提供了清晰的思路和方法。

[1] 廖發(fā)良．汽車電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與檢修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：182-213．

[2] 高國恒．汽車檢測診斷方法[M]．北京：人民交通出版社，1999．

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[6] 張逸，凌振國.歐Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，2006（5）：30-34.

Parameter Correlation Engine Data Flow Analysis Method

Yan Guanghu1, Liao Faliang2
(1.Xi'an Huaqiang Automobile Refitting Factory, Shaanxi Xi'an 710014 2.Department of Automotive Engineering, Shaanxi College of Communication Technology, Shaanxi Xi'an 710018)

Data flow analysis in fault diagnosis of electronic controlled engine have been adopted more and more in. But in the process of analysis, more is the single data analysis, and ignored the relevance of data stream, so lead to missed diagnosis, misdiagnosis occurred. For the non correlation parameter, directly through the analysis of a single data stream, mostly can judge fault reason and fault point. But the correlation parameters must also read multiple data streams, and the relationship between the calculation to determine the related parameters, and then a comprehensive analysis, to judge the fault and the fault causes.

Correlation parameters; Data flow; Analysis diagnosis

U415.52

B

1671-7988(2014)08-38-03

閻光虎，助理工程師，就職于西安華強(qiáng)汽車改裝廠。